Transcript Zjawisko optyczne w przyrodzi

Zjawiska optyczne w przyrodzie
Prezentację przygotowały
PIKSELKI
Gimnazjum w Łyszkowicach
W ścisłej łączności z chmurami
obserwowane są w atmosferze różne
zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska
te nie mają znaczenia praktycznego, jednak
dostarczają pewnych wiadomości o
charakterze chmur, w których są
obserwowane. Są one wywołane odbiciem,
załamaniem, ugięciem i interferencją światła
słonecznego lub księżycowego w chmurowych
kropelkach wody lub kryształkach lodu.
Niektóre z nich powtarzają się bardzo
często, inne są wielką rzadkością i trzeba
mieć dużo szczęścia, aby je zobaczyć.
Zjawiska optyczne występujące w
przyrodzie:











Tęcza
Zorza polarna
Zaćmienie Słońca i Księżyca
Miraż pustynny, czyli fata-morgana
Miraż dolny i górny
Zjawisko cienia i półcienia
Zjawisko Brockenu
Halo
Iryzacja
Wieniec (aureola)
Gloria
Tęcza
Tęcza jest jednym z
efektowniejszych zjawisk
optycznych w atmosferze.
Jest to układ
koncentrycznych łuków o
barwach od fioletowej do
czerwonej, wywołanych
przez światło Słońca lub
Księżyca, padające na
zespół kropel wody w
atmosferze.
Tęcze dzielimy na:
 Główne
 Wtórne
Kolory tęczy – Newton:
Zjawisko powstawania tęczy:
To zjawisko powstaje na skutek rozszczepienia światła białego i
odbicia go wewnątrz kropel deszczu. Łuk pierwszy to wynik
jednokrotnego, a drugi dwukrotnego odbicia rozszczepionego światła
wewnątrz kropli (stąd odwrócona kolejność barw i mniejsze natężenie
światła). Tęczę obserwuje się na tle chmur, z których pada deszcz,
znajdujących się po przeciwnej stronie nieba niż Słońce lub Księżyc.
Warunki, przy których obserwuje się typową tęczę mają przeważnie
miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Natężenie
światła, szerokość i barwa tęczy wahają się w szerokim przedziale w
zależności od rozmiarów kropel. Tęczę obserwuje się również w
bryzgach fal morskich, wodospadów i fontann. Podczas zjawiska tęczy
widzimy tylko łuk, a nie całą ścianę barw, ponieważ wszystkie
promienie słoneczne “wpadają” do kropli wody równolegle względem
siebie i “wpadają” do oka pod określonym kątem w stosunku do
kierunku padania promieni słonecznych, 42 lub 52 stopnie.
Tęcza główna
W tęczy głównej
barwa fioletowa
występuje po
wewnętrznej stronie, a
barwa czerwona po
zewnętrznej stronie.
Tęcza wtórna
W tęczy wtórnej, o
znacznie mniejszej
jasności od tęczy
głównej, czerwona
barwa jest od
wewnątrz, a fioletowa
na zewnątrz.
Zorza polarna
Jest ona jednym z najpiękniejszych
zjawisk optycznych zachodzących w
przyrodzie. W większości
przypadków zorze polarne mają
odcień zielony lub niebieskozielony.
Występują w postaci wstęg lub plam
podobnych do obłoków. Podczas
zjawiska zorzy polarnej protony i
elektrony wpadające w obręb pola
magnetycznego Ziemi powodują
jonizację i wzbudzenie atomów i
cząsteczek gazów znajdujących się w
atmosferze. Zjawisko to ma
najczęściej miejsce na biegunach,
ponieważ tam jest największa
koncentracja protonów i elektronów.
Świecenie zielone i czerwone
powodują wzbudzone atomy tlenu,
podczerwone i fioletowe –
zjonizowane cząsteczki azotu. Zorze
pojawiają się zazwyczaj dzień lub
dwa po wybuchach na Słońcu.
Zaćmienie Słońca i Księżyca
Do zaćmienia Słońca dochodzi, gdy
Księżyc poruszający się po orbicie
wokół Ziemi znajdzie się pomiędzy
Słońcem a Ziemią. W zależności od
rozmiarów kątowych oraz
wzajemnego położenia tarczy Słońca
i Księżyca w momencie zaćmienia,
wyróżnia się zaćmienia częściowe,
całkowite i obrączkowe.
Do zaćmienia księżyca dochodzi,
gdy Ziemia znajdzie się pomiędzy
Słońcem a Księżycem przesłaniając
promienie słoneczne padające na
Księżyc. W zależności od tego jaki
fragment tarczy Księżyca znajdzie
się w cieniu Ziemi, wyróżnia się
zaćmienia częściowe, całkowite i
półcieniowe.
Zaćmienie obrączkowe
Miraż pustynny, czyli fata-morgana
Załamujący się promień świetlny zawsze skręca w kierunku
gęstszego powietrza, bądź środowiska. Gęstsze powietrze,
jest to powietrze o wyższej temperaturze, cząsteczki jego
poruszają się szybciej i jest ono gęstsze. Potoczną nazwą
tego zjawiska jest “fata-morgana” i kojarzy się najczęściej z
widocznym na pustyni jeziorem otoczonym palmami. Podstawą
jest różnica temperatur przy powierzchni Ziemi. W dzień
piasek na pustyni nagrzewa się bardziej niż powietrze i w
efekcie po nadejściu wieczoru ogrzewa on najbliższą warstwę
powietrza. Powstaje “warstwowy układ temperatury” – przy
Ziemi najcieplej, a kilka metrów wyżej jest już ono dużo
chłodniejsze. Promień światła przechodzący nad powierzchnią
zostaje zagięty w górę, w kierunku chłodniejszego (gęstszego)
powietrza.
Fata-morgana
Miraż dolny i górny
Miraże dolne obserwuje się pod horyzontem. Powstają one
na bardzo gorących, rozgrzanych obszarach, takich jak
pustynie lub stepy. Temperatura Ziemi w tamtym miejscu
jest o wiele wyższa od temperatury najniższej warstwy
powietrza. Miraże dolne mogą być odwrócone lub proste.
Np. Gdy jedziemy samochodem w upalny dzień i na drodze
w oddali wydaje nam się, że widzimy wodę albo brzeg
jeziora. Jednak tak naprawdę jest to obraz nieba odbity od
najniższych warstw nad drogą w danej odległości od nas.
W mirażu górnym promienie odbite ulęgają takiemu
zakrzywieniu, że obserwator widzi ich obrazy powyżej linii
horyzontu. Ten rodzaj mirażu można najczęściej
zaobserwować nad morzem, ponieważ temperatura powietrza
jest znacznie niższa od temperatury morza.
Zjawisko cienia i półcienia
Światło rozchodzi się
po linii prostej, więc gdy
napotyka przeszkodę o
rozmiarach podobnych z
długością fali λ , to z tyłu
za nią pojawi się cień.
Jeżeli źródło światła jest
punktowe to utworzy się
cień pełny, a jeżeli źródło
światła będzie miało duże
rozmiary liniowe, to z tyłu
przedmiotu utworzą się
obszary cienia i półcienia.
Zjawisko Brockenu
Zjawisko Brockenu jest zjawiskiem świetlnym
rzadko występującym w atmosferze ziemskiej.
Powstaje w górach, przy niskim położeniu Słońca nad
horyzontem, gdy powiększony do nadnaturalnej
wielkości cień obserwatora pojawia się na
rozpostartych wprost przed nim, albo niżej od niego
chmurach warstwowych, zalegających w dolinach.
Inaczej mówiąc, obiekt znajdujący się pomiędzy
Słońcem, a chmurami, rzuca cień wnikający głęboko w
chmury. Cień często otoczony jest barwną aureolą.
Jeżeli w zjawisku bierze udział kilka osób, to każda z
nich widzi jedynie swoją aureolę. Nazwa zjawiska
pochodzi od wzniesienia Brocken w górach Harz
(Niemcy), gdzie zaobserwowano je po raz pierwszy.
Halo
Halo jest jednym z ciekawszych zjawisk
optycznych na niebie i powstaje na skutek
załamania światła w chmurze zawierającej
kryształki lodu. Występuje, jako barwny
świetlisty pierścień, w którego środku znajduje
się tarcza Słońca lub Księżyca. Krąg ten ma
zwykle słabo widoczne zabarwienie czerwone od
wewnątrz i w rzadkich przypadkach fioletowe na
zewnątrz. Część nieba wewnątrz kręgu jest
wyraźnie ciemniejsza niż na zewnątrz.
Halo nazywamy również inne zjawiska optyczne w przyrodzie.
Słup światła
Oprócz pierścieni, które są podstawowymi postaciami zjawisk halo
występują również pionowe słupy świetlne, przechodzące przez
tarczę Słońca lub Księżyca, obserwowane przy tych ciałach
niebieskich. W bezwietrzny mroźny poranek można czasami
zobaczyć, jak nad Słońcem widać w powietrzu igły połyskujące w jego
promieniach oraz słupy świetlne. Słupy świetlne bywają czasami
widoczne podczas bezwietrznej, mroźnej pogody nad latarniami.
Pojawienie się tych słupów związane jest z odbiciem promieni od ścian
unoszących się w powietrzu kryształków lodu. Aby można było
zaobserwować to zjawisko w powietrzu musi znajdować się obłok
kryształków lodu, których ścianki znajdują się w poziomie. Wtedy
promienie odbijają się od nich i następuje załamanie promieni
słonecznych. Oko rzutuje je na sklepienie niebieskie i obserwatorowi
wydaje się, że przy słońcu powstają słupy świetlne. Słupy poziome
tworzą się poprzez odbicie promieni światła od kryształków, które
spadając obracają się wokół swojej osi pionowej. Słupy tworzące się
nad latarniami są wywołane odbiciem światła od płatków śniegu, kropel
mgły lub cząstkach pyłu unoszącego się w powietrzu.
Wieniec
Wieniec jest to jedna lub kilka serii barw
pierścieni o stosunkowo małym promieniu,
otaczających bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego.
W każdej serii pierścień wewnętrzny jest fioletowy
lub niebieski, a pierścień zewnętrzny - czerwony;
między nimi mogą występować inne barwy.
Najbardziej wewnętrzna seria, mająca promień na
ogół nie większy niż 5 stopni i nosząca nazwę aureoli,
wykazuje zwykle wyraźny pierścień zewnętrzny o
czerwonawej lub kasztanowej barwie. Wieńce
wywołane są ugięciem światła w znajdujących się
przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach,
zbudowanych z drobnych, jednorodnych kropelek
wody, zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste.
Iryzacja
Iryzacja to tęczowe barwy powstające czasem na
powierzchni przezroczystych ciał w wyniku
interferencji światła. Obserwuje się je, jako mieniące
się tęczowe plamy barwne na wodzie. Układy barw
przeważnie zielonych i różowych, często o odcieniach
pastelowych, są obserwowane na chmurach. Barwy te
bywają niekiedy pomieszane, niekiedy zaś w postaci
smug prawie równoległych do brzegów chmur. Barwy
iryzacji są często błyszczące i przypominają kolor masy
perłowej. Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest tego
samego pochodzenia co wieńce i występuje przy
chmurach kłębiastych.
Gloria
Gloria powstaje na skutek dyfrakcji światła na kroplach wody lub
kryształkach lodu. Jest zjawiskiem optycznym polegającym na
wystąpieniu barwnych pierścieni wokół cienia obserwatora widocznego
na tle chmur lub mgły, przy czym niebieski pierścień ma mniejszą
średnicę od czerwonego. Gloria podobna jest do wieńca, jednak
powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu,
położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego.
Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed
obserwatorem, albo niżej od niego. Na te same chmury pada cień
obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy.
Uwaga: Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego
cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem
Brockenu, niezależnie od tego czy jest otoczony barwną glorią.